巷道掘進(jìn)工藝研究

武文強

(陽泉煤業(yè)集團安澤登茂通煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 042509)

0 引言

在進(jìn)行礦井的采掘過程中，為了使同一煤層的巷道開挖量減少，可以使用同一條運輸巷或回風(fēng)巷，可以通過對相鄰的煤層布置穿層巷道來實現(xiàn)。相鄰的煤層一般會存在標(biāo)高差，所以進(jìn)行穿層巷道的施工時，是沿一定坡度的，加上煤礦的地質(zhì)條件復(fù)雜，煤巖層發(fā)育不穩(wěn)定，最終使得進(jìn)行巷道穿層時施工難度大，巷道的掘進(jìn)效率低，巷道頂板易受到破壞。

1 概況

本文以山西某煤礦為例進(jìn)行穿層巷道的掘進(jìn)工藝研究。該煤礦主要開采5號煤層，平均厚度為3.4m。皮帶巷的斷面設(shè)計為寬4.5m，長3.5m，設(shè)計巷道的長度為1200m，煤層傾角為7°，進(jìn)行上山掘進(jìn)，掘進(jìn)施工工藝為爆破施工。

在進(jìn)行上山掘進(jìn)過程中，使用的施工工藝為爆破施工，對掘進(jìn)后的巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，方法為“W”型鋼帶+金屬網(wǎng)+錨桿錨索的聯(lián)合支護(hù)方式，鋼帶的長和寬分別為4.2m、0.25m，進(jìn)行鋼帶的布置時，應(yīng)當(dāng)與巷道垂直，間距為1.0m；采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長度和直徑規(guī)格為2.5m×22mm。

由于進(jìn)行巷道上山掘進(jìn)穿層時，巷道頂板的壓力較大，為了保證掘進(jìn)過程的安全性，需要預(yù)先分析這一階段的主要技術(shù)難題，對穿層施工工藝進(jìn)行合理選擇，并采用合理的支護(hù)措施。

2 巷道穿層期間的困難

(1)由于該煤礦的掘進(jìn)煤層屬于石炭系，發(fā)育不穩(wěn)定且呈破碎狀，煤層普氏系數(shù)小于2，單軸抗壓強度在6～8MPa之間，煤體具有較差的承載能力。在進(jìn)行上山掘進(jìn)的過程中，巷道頂板出現(xiàn)嚴(yán)重破碎的現(xiàn)象，局部頂板很容易發(fā)生冒落。

(2)進(jìn)行上山掘進(jìn)時頂板壓力較大，其應(yīng)力方向垂直向下，頂板的斜面與其支護(hù)體垂直布置，頂板的垂直應(yīng)力高于支護(hù)體的支護(hù)分力，支護(hù)體無法滿足要求，頂板易局部垮落。

(3)在掘進(jìn)巷道期間，巷道頂板的煤巖體厚度在不斷變化，對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)的支護(hù)體的錨固端位于煤體處或煤體與巖體相交處，錨固的質(zhì)量較差，如果頂板的壓力增大，就會導(dǎo)致頂板發(fā)生離層或者破碎，導(dǎo)致支護(hù)嚴(yán)重失效。

3 巷道穿層施工工藝

巷道穿層期間，頂板的應(yīng)力較大，很容易造成頂板局部垮落，因此通過研究分析，最終采用的掘進(jìn)方法為臺階法上山掘進(jìn)。這一掘進(jìn)方法就是在巷道進(jìn)行上山掘進(jìn)期間，通過對頂板平段進(jìn)行施工，劃分掘進(jìn)段，形成若干個掘進(jìn)斜巷，與此同時，及時采取合理的措施進(jìn)行頂板支護(hù)，在很大程度上避免頂板壓力集中，從而避免發(fā)生頂板垮落事故。

4 穿層期間支護(hù)工藝

4.1 平段掘進(jìn)期間補強支護(hù)

進(jìn)行巷道平段的施工時，采用密集錨索吊棚用來加強頂板的支護(hù)，錨索吊棚由三根鋼絞線以及工字鋼梁所組成，鋼絞線的長度和直徑分別為8.0m、17.8mm，工字鋼梁長度為4.0m，進(jìn)行布置時沿垂直巷道的方向布置，布置的間距設(shè)為1.0m。

4.2 注漿支護(hù)

當(dāng)頂板較為破碎時，可以在頂板進(jìn)行并注漿，目的是增強破碎頂板穩(wěn)定性，提高頂板的承載能力，進(jìn)而降低事故率。

(1)當(dāng)巷道第一個平段完成施工后，在距離工作面1.0m處的頂板上施工一排(共四個)漿孔，孔深5.0m，直徑45mm，孔間距1.0m，并以45°仰角布置。

(2)完成注漿孔的施工后，采用專用注漿泵注漿，煤壁滲出漿液時停止，使用水泥砂漿封孔。

在注漿完成3h后繼續(xù)掘進(jìn)，4.0m后進(jìn)行第二排注漿孔的施工，每一平段間的斜巷頂板共施工兩排注漿孔。

4.3 超前錨桿支護(hù)

對于超前錨桿支護(hù)這一支護(hù)方式，主要是在巷道頂板進(jìn)行加強錨桿支護(hù)體的施工，從而進(jìn)行超前支護(hù)，避免頂板大面積垮落。

(1)當(dāng)巷道掘進(jìn)至150m時，在穿層斜巷段的頂板布置一排(共9個)孔徑為30mm，深度為4.0m的超前支護(hù)鉆孔，以7°的仰角進(jìn)行布置，間距為0.5m。

(2)完成鉆孔施工后，在每個鉆孔內(nèi)進(jìn)行高強度螺紋錨桿的安設(shè)和加固，錨桿規(guī)格為：長4.5m、直徑25mm，錨固時使用的設(shè)備為手持式鉆機，錨固力應(yīng)高于10t。

4.4 邁步式“T”型支護(hù)

對斜巷段采用邁步式“T”型支護(hù)，可以使支護(hù)體對頂板的支護(hù)面積增加，防止頂板破碎和下沉。

(1)“T”型支護(hù)主要用到的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿以及鋼板，其中錨桿長2.5m、直徑22mm，鋼板長0.8m、寬0.5m。

(2)在與頂板相鄰的三根鋼帶中間進(jìn)行“T”型支護(hù)的施工，錨桿與鋼帶應(yīng)進(jìn)行垂直布置，在第一排與第二排鋼帶的中間設(shè)置兩組間距為3.0m的“T”型支護(hù)，第二排與第三排鋼帶中間設(shè)置一組“T”型支護(hù)，且相鄰的三組“T”型支護(hù)布置方式呈邁步式。

4.5 優(yōu)化頂板原支護(hù)設(shè)計

在進(jìn)行上山掘進(jìn)期間，煤巖層的厚度會不斷變化，為了避免這一情況造成頂板支護(hù)失效，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化局部區(qū)域的原支護(hù)體設(shè)計。

(1)當(dāng)巷道掘進(jìn)至120m時，頂板錨索的錨固端分別位于巖石層與煤層之間，所以此時錨索的錨固效果較差。

(2)當(dāng)巷道掘進(jìn)至150m時，頂板錨桿的錨固端分別位于巖石層與煤層之間，此時錨桿的錨固效果較差。在上山掘進(jìn)巷道至130m和160～1200m范圍內(nèi)時，應(yīng)當(dāng)將錨桿更換為長5.0m的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。破碎的巖體膠結(jié)穩(wěn)定，完成注漿后，頂板破碎巖體的單軸抗壓強度增加至53MPa。

(3)通過超前錨桿支護(hù)的施工，對巷道上山時頂板的穩(wěn)定性進(jìn)行了增強，防止因為巷道爆破施工后頂板不能及時支護(hù)或者由于爆破震動是頂板發(fā)生局部垮落。

(4)對上山階段的頂板采用邁步式T型支護(hù)的方式進(jìn)行支護(hù)，有效針對頂板鋼帶支護(hù)斷面較小以及鋼帶間的聯(lián)鎖保護(hù)性的問題進(jìn)行了解決，支護(hù)斷面的增加，對于頂板下沉進(jìn)行了有效的控制。

5 結(jié)語

通過在巷道穿層期間使用臺階法掘進(jìn)的施工工藝，同時采用“超前錨桿支護(hù)+注漿+邁步式T型支護(hù)”等聯(lián)合支護(hù)法，取得了較好的效果：

(1)上山掘進(jìn)時使用臺階法，同時進(jìn)行錨索吊棚加強支護(hù)臺階處的頂板，避免發(fā)生頂板壓力集中，從而有效預(yù)防發(fā)生頂板垮落事故。

(2)使用注漿法提高了破碎巖體的膠結(jié)穩(wěn)定性，完成注漿后，頂板破碎巖體的單軸抗壓強度增大至53MPa。

(3)在巷道上山階段，使用超前錨桿支護(hù)，頂板穩(wěn)定性得到加強，防止由于爆破施工后不能及時支護(hù)頂板，或者因為爆破震動使頂板局部垮落。

(4)對頂板采用邁步式T型支護(hù)，有效針對頂板鋼帶支護(hù)斷面較小以及鋼帶間的聯(lián)鎖保護(hù)性的問題進(jìn)行了解決，支護(hù)斷面的增加，對于頂板下沉進(jìn)行了有效的控制。